H orizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm.01 | Ene – Mar | 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com ISSN: 3073 - 1275 46 Articulo Simulación de un proceso de producción de isopropanol con separación azeotrópica asistida por DIPE Simulation of an isopropanol production process with DIPE - assisted azeotropic separation Tanya Alexandra Carchi Tandazo 1 , * , Allison Lisbeth Orellana Carreño 2 , Nixon Joel Rogel Merchan 3 , Emily Noemi Sánchez Coronel 4 y Marcia Estefania Saraguro Pazhar 5 1 Universidad Técnica de Machala , Ecuador , Machala ; https://orcid.org/0000 - 0001 - 6310 - 4446 2 Universidad Técnica de Machala , Ecuador , Machala ; https://orcid.org/0009 - 0009 - 1700 - 8651 ; aorellana15@utmachala.edu.ec 3 Universidad Técnica de Machala , Ecuador , Machala ; https://orcid.org/0009 - 0006 - 1596 - 4277 ; nrogel3@utmachala.edu.ec 4 Universidad Técnica de Machala , Ecuador , Machala ; https://orcid.org/0009 - 0001 - 2174 - 8267 ; esanchez11@utmachala.edu.ec 5 Universidad Técnica de Machala , Ecuador , Machala ; https://orcid.org/0009 - 0009 - 3281 - 2330 ; msaraguro3@utmachala.edu.ec * Correspondencia : tacarchi@utmachala.edu.ec https://doi.org/10.70881/hnj/v4/n1/97 Resumen: Este estudio tuvo como objetivo simular un proceso de producción de isopropanol (IPA) de alta pureza utilizando separación azeotrópica asistida por diisopropil éter (DIPE), el cual es generado in situ. El principal desafío fue superar la limitación del aze ótropo binario IPA - Agua, que se forma con una composición máxima de 87,7% de IPA en peso. La simulación se realizó en el software COCO SIMULATOR implementando un reactor de conversión fija con conversiones de 0.75 para la producción de IPA y 0.08 para la f ormación de DIPE. Se utilizó un modelado riguroso de la destilación de dos columnas chemsep con un modelo termodinámico UNIQUAC, seleccionado para sistemas no ideales. Los resultados confirman que el proceso superó exitosamente la barrera azeotrópica. La c orriente de producto final purificado (Corriente IPA) alcanzó una pureza de 0.999999 en fracción másica de isopropanol. Se concluye que esta estrategia de intensificación de procesos, al integrar la generación del agente de arrastre y la separación, es té cnicamente viable y eficiente para obtener IPA de grado comercial. Palabras clave: isopropanol ; destilación azeotrópica ; DIPE; COCO Simulator Abstract: This study aimed to simulate a high - purity isopropanol (IPA) production process using azeotropic separation assisted by diisopropyl ether (DIPE), which is generated in situ. The main challenge was to overcome the limitation of the IPA - Water binary azeotrop e, which forms at a maximum composition of 87.7% IPA by weight. The simulation was performed in the COCO SIMULATOR software, implementing a fixed conversion reactor with conversions of 0.75 for IPA production and 0.08 for DIPE formation. A rigorous distill ation modeling of two ChemSep columns was utilized, employing the UNIQUAC thermodynamic model, selected for non - ideal systems. The results confirm that the process successfully surpassed the Cita: Carchi Tandazo, T. A., Orellana Carreño, A. L., Rogel Merchan, N. J., Sánchez Coronel, E. N., & Saraguro Pazhar, M. E. (2026). Simulación de un proceso de producción de isopropanol con separación azeotrópica asistida por DIPE. Horizon Nexus Journal , 4 (1), 46 - 63. https://doi.org/10.70881/h nj/v4/n1/97 Recibido: 15 / 12 /20 25 Revisado: 19 / 01 /20 26 Aceptado: 21 / 01 /20 26 Publicado: 23 / 01 /20 26 Copyright: © 202 6 por los autores. Este artículo es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos y condiciones de la Licencia Creative Commons, Atribución - NoComercial 4.0 Internacional. ( CC BY - NC ) . ( https://creativecommons.org/ licenses/by - nc/4.0/ )
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 47 azeotropic barrier. The final purified product stream (Stream IPA ) reached a purity of 0.999999 in mass fraction of isopropanol. It is concluded that this process intensification strategy, by integrating the generation of the entrainer and the separation, is technically viable and efficient for obtaining commercial - grad e IPA. Keywords: isopropanol ; azeotropic distillation; DIPE ; COCO Simulator 1. Introducción El isopropanol es un compuesto químico orgánico que ha obtenido una gran relevancia ya que es utilizado comúnmente como disolvente y desinfectante, este compuest o también es conocido como alcohol isopropílico, dimetil carbonil o 2 - popanol. Este líquido es transparente e incoloro, tiene un olor parecido al del alcohol común - etanol, pero con una evaporación más rápida (Kato et al., 2024) . Reconocido como un excelente disolvente e int ermediario orgánico, el isopropanol (IPA) posee una amplia gama de usos (Dehmani et al., 2025) . Es f undamental en los sectores químico y farmacéutico, y también se incorpora comúnmente en la fabricación de productos de limpieza debido a que su poder esterilizante es similar al del etanol (Geng et al., 2022) . Des de el punto de vista industrial el isopropanol se utiliza para la producción de acetona mediante proceso s de deshidrogenación catalítica (Niu & Rangai ah, 2016) . Asimismo, es utilizado en la producción de peróxido de hidrógeno, como agente anticongelante en la gasolina y como solvente extractor en el proceso de concentración de proteína de pescado (Chua et al., 2017) . Estas aplicaciones, sumadas a sus propiedades desinfectantes, desengrasantes y aclarantes, justifican su uso en productos de cuidado personal y en aplicaciones médicas (Kato et al., 2024) . El propileno o propeno es un hidrocarbur o perteneciente a los alquenos, es incoloro e inodoro (Caicedo et al., 2017) . Este es utilizado para la obtención de fibras sintéticas para fabricar telas ; así mismo es empleado en la medicina para la fabricación de jeringas, envases estériles, etc (Blanco & Catarí, 2023) . Por su parte, el propano, un alcano gaseoso obtenido del petróleo o del gas natural, es empleado principalmente como combustible doméstico e industrial, así como en aplica ciones petroquímicas, automotrices y como refrigerante o propelente en aerosoles (Maldonado, 2012) . El diisopropil éter (DIPE) es un subproducto de la producción de isopropanol (IPA) ambos componentes presentan un alto valor añadido, especialmente en la indust ria de disolventes. Es decir, la separación resulta de gran interés desde el punto de vista económico. Esta separación requiere un método no convencional, ya que presenta la formación de un azeótropo con un punto de ebullición mínimo (Silva et al., 2022) . En el contexto de los procesos de separación, la destilación constituye una de las operaciones unitarias más utilizadas en la industria química para la purificación de mezclas líquidas, basada en las diferencias de volatilidad entre sus componentes (Altay et al., 2025) . La destilación simple es un proceso físico en el cual la mezcla se calienta hasta vaporizar preferentemente el componente más volátil, cuyo vapor es posteriormente condensado y re colectado en fase líquida. Esta técnica es efectiva cuando los componentes presentan diferencias en sus puntos de ebullición de al menos 10 °C (Saha & Bhattacharjee, 2019) . Su fundamento teórico se basa en el equilibrio líquido - vapor y en la relación entre la presión de vapor y l a composición de la mezcla
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 48 descrita por la ley de Raoult, lo que favorece la transferencia del componente más volátil hacia la fase vapor (Cesar & Sebastián, 2019) . No obstante, la destilación convencional presenta limitaciones importantes cuando se trata de separar mezclas altamente no ideales que forman azeótropos, es decir, sistemas que hierven a temperatura constante y cuya composición en las fases líquida y vapor es prácticamente idéntica. En estos casos, la destilación simple no permite incrementar la pureza del componente de interés, lo que hace necesaria la ap licación de técnicas de separación avanzadas, como la destilación azeotrópica (Cui et al., 2019) . La destilación azeotrópica consiste en la adición de un agente de arrastre que modifica el equilibrio vapor - líquido del sistema, permitiendo el rompimiento del azeótropo y facilitando la separación de los componentes. Un caso representativo es la mezcla isopropanol - agua, la cual forma un azeótropo a aproximadamente 80,4 °C con una concentración cercana al 87,7 % en peso de isopropanol, lo que justifica el uso de destilación azeotrópica en procesos i ndustriales para alcanzar mayores niveles de pureza (Castillo Ce vallos, 2023; Zhao et al., 2017) . En este contexto , l a simulación de procesos mediante el uso de COCO Simulator constituye una herramienta fundamental en el análisis y diseño del proceso de producción de isopropanol con separación azeotrópica asistida por DIPE, ya que permite reproducir de forma confiable el comportamiento termodinámico y operativo del sistema sin incurrir en elevados costos experimentales (Tangsathitkulchai et al., 2019) . A través de la simulación, es posible evalua r el equilibrio vapor - líquido del sistema agua – isopropanol – DIPE, analizar la formación de azeótropos, optimizar las condiciones de operación de las columnas de destilación y estimar parámetros clave como pureza del producto, consumo energético y recuperaci ón del entrainer. Además, COCO Simulator facilita la comparación de distintos esquemas de separación y la validación de modelos termodinámicos apropiados, aportando una base técnica sólida para la toma de decisiones en el diseño y escalamiento del proceso, así como para la mejora de su eficiencia y sostenibilidad industrial (De Sousa et al., 2025) . En base a lo anterior mencionado , el objetivo de la presente investigación es evaluar el desempeño de la destilación simple y la destilación azeotrópica asistida por diisopropil éter (DIPE) en la separación y purificación de isopropanol, mediante la simulación del equilibrio vapor - líquid o y el análisis de parámetros operativos clave, con el fin de optimizar la eficiencia del proceso y su viabilidad industrial. 2. Materiales y Métodos Para la simulación del proceso de producción de isopropanol se tomó como referencia el estudio desarrollad o por (Xu et al., 2002) con algunas modificaciones . La modelación se llevó a cabo utilizando el entorno de simulación de procesos químicos COC O Simulator (CAPE - Open to CAPE - Open), versión 3.4 , un software gratuito y de código abierto que implementa el estándar CAPE - Open permitiendo la integración de reactores, destiladores, bombas, válvulas, entre otras herramientas útiles para la interoperabilidad entre diferentes herramientas de modelado y ofreciendo robustez en el cálculo de operaciones unitarias complejas.
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 49 El sistema termodinámico se configuró considerando las fuertes desviaciones de la idealidad presentes en la mezcla de IPA, agua y DIPE. Se seleccionó el método Gamma - Phi para el cálculo de los valores K, combinando coeficientes de actividad para la fase l íquida; para la columna de destilación simple se hizo uso de UNIFAC, así como lo indica en la F igura 1 y para la destilación azeotrópica se utilizó UNIQUAC, como está indicada en la F igura 2. En la T abla 1 se describe los equipos utilizados para la simula ción del proceso de producción de isopropanol (IPA). Así mismo se detallarán los parámetros de ingreso de los alimentos uno en la T abla 2 y el alimento dos en la T abla 3 . Tabla 1 . Equipos utilizados en la simulación Equipos Cantidades Heate r cooler /Calentador y enfriador 7 Pump/Bomba 4 Mixer /Mezclador 1 Splitter 1 Fixed Conversion Reactor/Reactor de conversión fij a 1 Separator flash/Separador flash 1 Para la destilación simple, la ecuación de estado (EOS) se seleccionó Peng - Robinson, mientras que el modelo predijo la presión de vapor que fue Antonie. El modelo permitió predecir el comportamiento entrópico fue None, así como lo indica la F igura 1. En la tabla 4 se puede observar los parámetros a utilizar para esta destilación. Mientras que para la destilación azeotrópica para la ecuac ión de estado (EOS) fue Soave - RK , de la misma manera el modelo predijo la presión de vapor que fue Antonie. El modelo pe rmitió predecir el comportamiento entrópico fue Excess, así como está indicado en la F igura 2. En la T abla 5 se puede observar los parámetros a utilizar en esta destilación azeotrópica. Tabla 2 . Parámetros del alimento 1 Parámetros Cantidad Unidad Presión 1.05 bar Temperatura - 46.7 °C Fracción másica de Propileno 0.95 Fracción másica de Propano 0.05 Fracción másica de Agua 0 Fracción másica de Isopropanol 0 Fracción másica de Diisopropyl ether 0 Caudal 4.6862383 Kg/s
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 50 Tabla 3 . Parámetros del alimento 2 Figura 1. Propiedades termodinámicas en columna de destilación simple Tabla 4 . Parámetros en la destilación simple Parámetros Cantidad Unidad Presión del condensador 101325 N/m2 Presión máxima 101325 N/m2 Fracción molar del isopropanol 0.999900 NA Relación de flujo 5 NA Número de etapas 25 platos Etapa de alimentación 12 plato Parámetros Cantidad Unidad Presión 1 bar Temperatura 30 °C Fracción másica de Propileno 0 Fracción másica de Propano 0 Fracción másica de Agua 1 Fracción másica de Isopropanol 0 Fracción másica de Diisopropyl ether 0 Caudal 1,9016129 Kg/s
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 51 Figura 2. Propiedades termodinámicas en columna de destilación azeotrópica Tabla 5 . Parámetros de la columna de destilación azeotrópica Parámetros Cantidad Unidad Presión del condensador 2.00000 bar Presión máxima 2.00000 bar Recuperación de isopropanol 0.99900 Caudal de reflujo 8.00000 kmol/s Caída de presión 0.00200 bar Número de etapas 25 Plato de alimentación 12 A continuación, en la Fi gura 3 se indican y detallan las condiciones con la que trabaja el reactor de conversión fija, así mismo, e n la tabla 6 se indican los parámetros de dicho reactor.
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 52 Figura 3. Parámetros de operación del reactor de conversión en el simulador COCO SIMULATOR Tabla 6 . Parámetros del reactor de conversión fija Parámetros Cantidad Unidad Presión de entrada al reactor 20.135 bar Temperatura de entrada al reactor 31.1 °C Especificaciones de operación del reactor Parámetros Cantidad Unidad Temperatura 160 °C CH3 CH = CH2 + H2 O ( CH3 )2 CHOH Propileno + agua → isopropanol (IPA) R1 Conversión del propileno reacción (R1) 0.75 2(CH3 )2 CHOH H2 O + [(CH3 )2 CH]2 O 2 IPA → agua + DIPE (éter diisopropílico) R2 Conversión del isopropanol reacción (R2) 0.08 Constantes de equilibrio para R1 0.00132 (m 3 /mol) Constantes de equilibrio para R2 75500 (m 3 /mol) Las constantes de equilibrio para las reacciones de hidratación de propileno a isopropanol (IPA) y de deshidratación de IPA a diisopropil éter (DIPE) se calcularon utilizando datos termodinámicos estándar del NIST Chemistry WebBook. En la tabla 7, se muest ran las condiciones de operación usadas en la columna separadora flash.
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 53 Tabla 7 . Parámetros de la columna Flash Parámetros Cantidad Unidad Presión de entrada a la columna 20.135 bar Temperatura de entrada a la columna 160 °C Temperatura de operación d e la co lumna 160 °C Presión de operación de la columna 20.135 bar 3. Resultados La simulación completa del proceso de producción de isopropanol con separación azeotrópica asistida por DIPE en el Simulador de código abierto COCO SIMULATOR, se presenta en la Figura 4. Figura 4. Simulación del proceso de obtención de IPA La corriente de alimentación a la columna de destilación simple, denominada "Líquido del Flash a destilación", presenta una composición rica en IPA (82.7% en masa) y contiene una cantidad significativa de DIPE (10.5% en masa) que fue generado in situ en el reactor. Esta columna, operando a una presión de 7 bar y una temperatura de fondo de 383.15 K, realiza una separación preliminar clave. Dado que su función principal es retirar la mayor parte de los componentes volátiles ligeros (propileno y propano) y un a porción del DIPE, concentrando el IPA en la corriente de fondos. Los resultados indican que la columna logra una eficiencia de separación notable. La corriente de fondos ("Fondos de IPA/agua"), con un flujo de 8413.19 kg/h, alcanza una pureza de IPA del 99.997% en masa, reduciendo el conteni do de DIPE a niveles traza (2.7E - 11 % en masa) y dejando un contenido de agua residual de aproximadamente 300 ppm. La alta presión de operación de esta etapa (7 bar) eleva la temperatura de ebullición de la mezcla log rando facilitar la condensación de los componentes más pesados (IPA y agua) y permitiendo una eficaz separación de los volátiles, los cuales son dirigidos a la
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 54 corriente de cabeza. El punto de rocío de esta corriente líquida es de 355.219 K, que es práctic amente idéntico a su temperatura (355.218 K), confirmando que se trata de un líquido saturado. La corriente de fondos de la destilación simple se dirige a la columna de destilación azeotrópica, la cual opera a una presión cercana a la atmosférica (1.01325 bar), esta etapa es necesaria para romper el azeótropo residual agua - IPA y alcanzar la pureza especificada del producto final. Debido que el mecanismo de separación se basa en la presencia de DIPE, el cual forma azeótropos de baja temperatura de ebullición con el agua (azeótropo binario a 335,35 K) y con la mezcla IPA - agua (azeótropo ternario a 334,75 K (ver TABLA 8 ). El comportamiento termodinámico del sistema agua – isopropanol – diisopropil éter está fuertemente influenciado por la formación de azeótropos bi narios y ternarios, los cuales determinan las condiciones de operación y la viabilidad de la separación azeotrópica. En particular, la presencia de DIPE genera azeótropos de menor temperatura de ebullición en comparación con el azeótropo binario agua – IPA, lo que modifica la volatilidad relativa de los componentes y permite la ruptura de la barrera azeotrópica impuesta por la destilación convencional (Xu et al., 2002) . Tabla 8 . Azeótropos del sistema agua – IPA – DIPE Nota. Adaptado de “Design of a Process for Production of Isopropyl Alcohol by Hydration of Propylene in a Catalytic Distillation Column”, por Y. Xu, K. T. Chuang y A. R. Sanger, Compuesto o azeótropo Temperatura de ebullición del azeótropo (K) Agua, % en peso IPA, % en peso DIPE, % en peso Propeno 225.43 – – – Agua 373.13 – – – IPA 355.65 – – – DIPE 342.15 – – – Agua + IPA 353.45 12.6 83.7 0 IPA + DIPE 339.35 0 16.3 83.7 Agua + DIPE 335.35 4.5 0 95.5 Agua + IPA + DIPE 334.75 4.7 7.3 88.0
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 55 2002, Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 80 (A), 686 – 694. https://doi.org/10 .1205/026387602760312908 Por otra parte, la corriente de cabeza de la columna azeotrópica (20) presenta un punto de rocío de 372.409 K a 2 bar, consistente con una composición de 97.19% IPA y 2.81% agua. Este valor elevado se debe a que el agua, al comport arse como componente menos volátil en la mezcla, controla el punto de rocío. La corriente de fondos (IPA) alcanza una pureza del 99.9999% en masa (1 ppm de agua) con un punto de rocío de 374.129 K, próximo a su temperatura de 374.128 K, indicando que es un líquido saturado de alta pureza. Para validar el comportamiento termodinámico del proceso, las temperaturas clave de las corrientes fueron comparadas con los datos de los azeótropos del sistema agua - IPA - DIPE reportados en la literatura (ver TABLA 1), la c orriente de fondos de la columna azeotrópica se obtuvo a 355,218 dicho valor se aproxima al punto de ebullición del IPA puro (355.65 K a 1 atm). La variación de 0.43 K es atribuible a la presencia de trazas de agua (≈300 ppm) en el producto, lo cual es con sistente con lo s modelos de equilibrio líquido - vapor para mezclas diluidas. La Tabla 9 resume los principales resultados termodinámicos y composicionales de las corrientes clave del proceso simulado de producción de isopropanol. Se observa que la columna d e destilación simple cumple eficazmente su función de separación preliminar, concentrando el isopropanol en los fondos con una pureza del 99,997 % en masa, mientras que la corriente de cabeza presenta una composición intermedia característica de un sistema influenciado por azeótropos binarios. Posteriormente, la columna de destilación azeotrópica permite superar la limitación impuesta por el azeótropo agua – IPA, alcanzando en la corriente de fondos una pureza de isopropanol del 99,9999 % en masa, lo que con firma la efectividad del DIPE como agente entrainer. Asimismo, los valores de temperatura y punto de rocío prácticamente coincidentes en las corrientes de alta pureza indican la obtención de líquidos saturados, evidenciando un comportamiento termodinámico coherente con los equilibrios vapor - líquido esperados y validando la estabilidad y consistencia del modelo de simulación. Tabla 9. Datos de simulación del proceso de producción de IPA Corriente / Azeótropo Presión (bar) Temperatura (K) Punto de Rocío (K) Composición Principal (% masa) Observaciones 1. Líquido del Flash a destilación 7.0 383.15 408.88 IPA: 82.7%, DIPE: 10.5%, Agua: 2.7% Líquido subenfriado a alta presión 2. Fondos de IPA/agua (Simple) 1.013 355.218 355.219 IPA: 99.997%, Agua: 0.03% Prácticamente IPA puro 3. Producto de cabeza (Simple) 1.013 274.538 (líq. subenf.) 349.296 (vapor) IPA: 72.3%, DIPE: 16.9%, Agua: 4.1% Punto de rocío entre azeótropos binarios
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 56 4. IPA (Fondos Azeotrópica) 2.046 374.128 374.129 IPA: 99.9999%, Agua: 0.001% IPA puro a P elevada 5. Corriente 20 (Cabeza Azeotrópica) 2.0 372.025 372.409 IPA: 97.19%, Agua: 2.81% Punto de rocío controlado por agua residual La Tabla 10 presenta la evolución de las condiciones operativas, caudales y composiciones másicas de las principales corrientes del sistema de producción de isopropanol a lo largo del proceso simulado. Los resultados evidencian una transformación progresiva de la ali mentación rica en propileno y propano hacia una corriente final altamente purificada de isopropanol, lo que confirma la eficiencia global del esquema propuesto. En el reactor de conversión fija (R2), una fracción significativa del propileno es transformada en isopropanol, generándose simultáneamente diisopropil éter (DIPE) como subproducto, el cual desempeña un papel clave en las etapas posteriores de separación. La corriente proveniente del separador flash y alimentada a la destilación simple presenta ya u na composición elevada de IPA (≈82,7 % en masa), lo que permite una concentración efectiva del producto en los fondos de esta columna, donde se alcanza una pureza cercana al 99,9 % en masa. Posteriormente, la destilación azeotrópica elimina las trazas resi duales de agua, permitiendo obtener una corriente final de IPA con una fracción másica superior al 99,999 %, mientras que el DIPE se recupera mayoritariamente en la corriente de cabeza, facilitando su reciclaje dentro del proceso. L a distribución de caudales y composiciones confirma que la integración del reactor con las columnas de destilación logra una separación selectiva y eficiente, coherente con el comportamiento termodinámico esperado para sistemas azeotrópicos multicomponente s.
H orizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm.01 | Ene – Mar | 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com ISSN: 3073 - 1275 57 Tabla 10. Composición de corrientes en el sistema de producción de IPA Corriente PROP_ F EED H2O R2 Líquido del Flash a destilación Fondos de IPA/Agua Producto de cabeza IPA 20 Unidad Presión 1.05 1 20.135 7 1.01325 1.01325 2.046 2 bar Temperatura 228.45 303.15 298.05 383.15 355.218 274.537 374.128 372.025 K Caudal másico 16870.5 6845.81 6831.47 22362.4 8413.45 13498.8 8404.79 8.85638 kg/h Fracción másica de Propileno 0.95 0 0.0725467 0.014332 0 0.0215338 0 0 — Fracción másica de Propano 0.05 0 0.156119 0.0286888 0 0.0453194 0 0 — Fracción másica de Agua 0 1 0.0280012 0.0257811 2.99801e - 05 0.0412811 1.07629e - 06 0.0280937 —
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 58 Fracción másica de Isopropanol 0 0 0.573806 0.827176 0.99897 0.722354 0.999999 0.971908 — Fracción másica de Éter diisopropílico (DIPE) 0 0 0.171416 0.105362 2.71559e - 11 0.188912 0 2.63973e - 08 — Flujo de Propileno 16028.9 0 4810.91 300.371 0 300.371 0 0 kg/h Flujo de Propano 843.523 0 10353 632.159 0 632.159 0 0 kg/h Flujo de Agua 0 6845.81 1725.02 678.080 0.252236 576.828 0.00040598 0.24319 kg/h Flujo de Isopropanol 0 0 38058.4 18487.6 8413.19 10084.8 8404.78 8.41319 kg/h Flujo de Éter diisopropílico (DIPE) 0 0 11387.4 2356.14 0 2356.14 0 2.28506e - 07 kg/h
H orizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm.01 | Ene – Mar | 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com ISSN: 3073 - 1275 59 La F igura 5 muestra el comportamiento del flujo líquido descendente dentro de la columna de destilación azeotrópica y su relación con la temperatura de operación por etapas . En prácticamente toda la columna, el flujo líquido se mantiene constante , con un valor cercano a las 8000 mol / s , lo que nos indica una operación esta ble y, sin variaciones significativas en las zonas de rectificación y agotamiento. Este comportamiento homogéneo es característico de los sistemas azeotrópicos, donde la presencia del azeótropo IPA – agua y el DIPE generado in situ produce composiciones líqu idas relativamente uniformes entre las etapas. La temperatura del sistema se mantiene dentro de un rango muy estrecho, entre 372 K y 374 K (ver TABLA 1), lo que confirma que la columna opera en condiciones típicas de una separación azeotrópica , donde los e quilibrios líquido - vapor varían poco entre etapas, este perfil prácticamente plano de temperatura refuerza la estabilidad del proceso y la presencia del azeótropo IPA – agua - DIPE. Figura 5. Correlación temperatura - flujo líquido en la columna azeotrópica del proceso de IPA La F igura 6, del sistema isopropanol – agua muestra las curvas de punto de burbuja y punto de rocío en función de la fracción molar de IPA. Ambas curvas convergen alrededor de x ≈ 0.7 de IPA y T ≈ 373 K, indicando la presencia de un azeótropo mínimo, este comportamiento confirma que en una columna de destilación convencional no es posible obtener isopropanol con purezas superiores al valor azeotrópico, ya que el vapor y el líquido presentan la misma composición en dicho punto. A bajas fracciones de IPA, la diferencia entre las curvas se incrementa debido a la mayor volatilidad del IPA frente al agua, mientras que en la zona azeotrópica ambas curvas se acercan significativamente. Esta representación termodinámica justifica el emp leo de DIPE como entrainer en la destilación azeotrópica del proceso, ya que permite modificar el equilibrio líquido – vapor y romper la limitación impuesta por el azeótropo binario. 372 372.5 373 373.5 374 374.5 K 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 mol / s Destilación azeotrópica / Liquid Flow profile vs. Destilación azeotrópica / Temperature profile
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 60 Figura 6 . Diagrama VLE del Sistema isopropanol – agua: Punto azeotrópico y limitaciones de la destilación simple 4. Discusión Diversas estrategias han sido propuestas para superar el azeótropo isopropanol – agua, destacándose la destilación azeotrópica convencional y la destilación extractiva como las m ás estudiadas. En este contexto (Cho & Jeon, 2006) r eportaron el uso de benceno como agente a zeotrópico, logrando concentraciones de IPA superiores al 99,9 % molar a temperaturas comprendidas entre 353 y 354 K; no obstante, el empleo de solventes aromáticos presenta limitaciones relacionadas con toxicidad y consideraciones ambientales. De manera s imilar, la destilación extractiva utilizando DMSO ha demostrado alta eficiencia de separación, alcanzando purezas del 99,9 % molar en el producto final (Chua et al., 2017) , a unque a costa de mayores requerimientos térmicos y de una configuración de proceso más compleja. Otras alternativas tecnológicas incluyen la destilación catalítica y la destilación por cambio de presión. (Xu et al., 2002) demostró que la destilación catalítica permite integrar reacción y separación en una sola columna, obteniendo IPA con una pureza del 99,9 % molar en un rango de temperatura entre 323 y 460 K; sin embargo, este tipo de siste mas exige un control riguroso de las condiciones operativas y del desempeño del catalizador. Por su parte, la destilación por cambio de presión ha sido evaluada como una opción para la separación del azeótropo IPA – agua, aunque los resultados reportados ind ican concentraciones inferiores de IPA, del orden de 96,5 % molar en los fondos de la columna, lo que limita su aplicabilidad para procesos que demandan grados de pureza elevados (Núñez et al., 2023) . En comparación con los estudios previamente reportados, el proceso simulado en este trabajo, basado en la destilación azeotrópica asistida por diisopropil éter (DIPE), presentó un desempeño superior al alcanzar una pureza de IPA del 99,999 % a una temperat ura de operación de 374,128 K. Estos resultados evidencian que el uso de 0 0.5 1 Mole fraction Isopropanol 370 375 380 385 390 395 Temperature / K BubblePointTemperature, stream "IPA" DewPointTemperature, stream "IPA"
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 61 DIPE como agente de separación permite una ruptura eficiente del azeótropo IPA – agua bajo condiciones moderadas, sin recurrir a solventes altamente tóxicos ni a configuraciones de proc eso excesivamente complejas. L a alternativa propuesta se posiciona como una opción técnica y operativamente competitiva frente a las tecnologías previamente reportadas para la obtención de isopropanol de alta pureza. 5. Conclusiones La simulación del proce so de producción de isopropanol (IPA) con separación azeotrópica asistida por diisopropil éter (DIPE) generada in situ se realizó exitosamente en el software COCO SIMULATOR. El principal desafío abordado en esta simulación fue la necesidad de romper el az eótropo binario IPA - Agua, el cual se forma con una composición máxima de aproximadamente de 87% de IPA en peso. Para superar esta limitación de la destilación convencional, se propuso y modeló la generación de DIPE como subproducto en el mismo reactor de c onversión . El reactor de conversión fija fue simulado con una conversión de 0.75 para la reacción principal (Propileno = IPA) de 0.08 para la reacción de formación de DIPE (IPA = DIPE). Esta estrategia de generación in situ resultó ser efectiva, ya que la presencia del DIPE actúa como agente de arrastre, modificando el equilibrio líquido - vapor. Los resultados de la simulación reafirman la validez de la estrategia de destilación azeotrópica asistida. La corriente de producto purificado final (Corriente IPA) demostró una pureza en fracción másica de isopropanol de 0.999999 (99%), este nivel de purificación supera el límite del 87% impuesto por el azeótropo binario, evidenciando que la presencia del DIPE permite la formación de un nuevo azeótropo ternario. La rugosidad metodológica del modelo garantizó la selección del paquete termodinámico apropiado, con el uso del modelo UNIQUAC para calcular los coeficientes de actividad crucial permitiendo la predicción precisa de los equilibrios multifase en las dos colum nas de destilación, las cuales fueron clave para separar, por un lado, el isopropanol de alta pureza y, por otro, recuperar el agente de arrastre (DIPE) para su reciclaje, garantizando la eficiencia económica del proceso global . Contribución de los autores: Conceptualización, T - A - C - T y N - J - R - M; análisis formal, A - L - O - C , N - J - R - M y E - N - S - C ; investigación, T - A - C - T, A - L - O - C, N - J - R - M, E - N - S - C ; recursos, E - N - S - C y M - E - S - P ; redacción del borrador original, A - L - O - C y M - E - S - P , revisión y edición T - A - C - T y E - N - S - C; visualización, A - L - O - C, N - J - R - M, E - N - S - C ; supervisión , T - A - C - T . Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito. Financiamiento: Esta investigación no ha recibido financiación externa Declaración de disponibilidad de datos: Los datos están disponibles previa solicitud a los autores de correspondencia: tacarchi@utmachala.edu.ec Con flicto de interés: Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 62 Referencias Bibliográficas Altay, Ö., Aydın, Ö. K., Öner, H. B., Filiz, Ö., & Ertekin, F. K. (2025). Principles of distillation pr ocess. Mass Transfer Operations in the Food Industry , 45 – 81. Blanco, L., & Catarí, E. (2023). Polímero Termoplástico: Polipropileno. Ciencia En Revolución , 9 (26), 476 – 509. Caicedo, C., Crespo - Delgado, L. M., Cruz - Rodríguez, H. de la, & Álvarez - Jaramillo, N. A. (2017). Propiedades termo - mecánicas del Polipropileno: Efectos durante el reprocesamiento. Ingeniería, Investigación y Tecnología , 18 (3), 245 – 252. Castillo Cevallos, A . L. (2023). Desarrollo de una RNA para la predicción de la destilación azeotrópica por oscilación de presión para la separación de isopropanol . Cesar, G. V. J., & Sebastián, O. B. (2019). Destilación simple y fraccionada: método de purificación de líquido s . Universidad Industrial de Santander Facultad deficiencias Escuela de química …. Cho, J., & Jeon, J. - K. (2006). Optimization study on the azeotropic distillation process for isopropyl alcohol dehydration. Korean Journal of Chemical Engineering , 23 (1), 1 – 7. https://doi.org/10.1007/BF02705684 Chua, W. J., Rangaiah, G. P., & Hidajat, K. (2017). Design and optimization of isopropanol process based on two alternatives for reactive distillation. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification , 118 , 108 – 116. Cui, Y., Shi, X., Guang, C., Zhang, Z., Wang, C., & Wang, C. (2019). Comparison of pressure - swing distillation and heterogeneous azeotropic distillation for recovering benzene and isopropanol from wastewater. Process Safety and Environmental Prot ection , 122 , 1 – 12. De Sousa, G. A. C., Miranda, N. T., Rezende, A. B., Nascimento, U. M., Maciel Filho, R., & Maciel, M. R. W. (2025). Simulation of Sugarcane Bagasse Pyrolysis using COCO Simulator. Chemical Engineering Transactions , 117 , 955 – 960. Dehmani, Y., Bouzekri, O., Lamhasni, T., Aadnan, I., Abouarnadasse, S., & Lima, E. C. (2025). Catalytic oxidation of isopropanol: A critical review. Journal of Molecular Liquids , 426 , 127331. Geng, X., Ding, Q., Na, J., Yan, P., Li, H., Lei, Z., Li, G., Dai, C., & Gao, X. (2022). Enhanced transesterification reactive distillation for producing isopropanol: From kinetics, pilot - scale experiments, and process design to sustainability evaluation. Separation and Purification Technology , 302 , 122108. Kato, J., Matsuo, T ., Takemura, K., Kato, S., Fujii, T., Wada, K., Nakamichi, Y., Watanabe, M., Aoi, Y., & Morita, T. (2024). Isopropanol production via the thermophilic bioconversion of sugars and syngas using metabolically engineered Moorella thermoacetica. Biotechnology f or Biofuels and Bioproducts , 17 (1), 13. Maldonado, A. (2012). Aplicación de peliculas delgadas de SnO 2 y SnO 2 : Ru como sensores de propano . 25 (2), 117 – 121. Niu, M. W., & Rangaiah, G. P. (2016). Retrofitting an isopropanol process based on reactive disti llation and propylene - propane separation. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification , 108 , 164 – 173. Núñez, R. E. L., Zurita, C. A. C., Enríquez, V. A. N., & Benavides, M. F. Q. (2023). Simulación y Validación de un Sistema de Destilació n para la Separación de Azeótropos de Diisopropileter – Isopropanol – Agua en Procesos Mejorados para la Industria Química. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar , 7 (4), 7093 – 7116.
Horizon Nexus Journal Horizon Nexus Journal | Vol.0 4 | Núm 01 | Ene – Mar| 202 6 | www.horizonnexusjournal.editorialdoso.com 63 Saha, A., & Bhattacharjee, S. (2019). Research and review: based on distillation, distillation types and advancements: a short summary. Journal of Advances in Pharmacy Practices , 1 (1), 8 – 16. Silva, L. M. da, Martins Júnior, M. C., & Ramos, W. B. (2022). Op timization of the pressure swing distillation process with an intermediate stream for separation of a azeotropic mixture of Diisopropyl Ether/Isopropyl Alcohol . Tangsathitkulchai, C., Punsuwan, N., & Weerachanchai, P. (2019). Simulation of batch slow pyrol ysis of biomass materials using the process - flow - diagram coco simulator. Processes , 7 (11), 775. Xu, Y., Chuang, K. T., & Sanger, A. R. (2002). Design of a Process for Production of Isopropyl Alcohol by Hydration of Propylene in a Catalytic Distillation Col umn. Chemical Engineering Research and Design , 80 (6), 686 – 694. https://doi.org/https://doi.org/10.1205/026387602760312908 Zhao, L., Lyu, X., Wang, W., Shan, J., & Qiu, T. (2017). Comparison of heterogeneous azeotropic distillation and extractive distillati on methods for ternary azeotrope ethanol/toluene/water separation. Computers & Chemical Engineering , 100 , 27 – 37.